基质细胞蛋白CCN1/CYR61 在骨再生中的作用

王 菲（综述）， 王佐林（审校）

（上海牙组织修复与再生工程技术研究中心，同济大学口腔医学院，同济大学附属口腔医院口腔种植科，上海 200072）

骨再生是由多种细胞参与的精细调控过程，其中，全身激素变化、中枢神经系统、血管形成、局部机械力（包括牙齿移动）、生长因子及细胞因子均可对该生理或病理过程产生影响[1-4]。 该过程涉及许多细胞类型及多种细胞内和细胞外的分子信号通路，并具有确定的时间和空间顺序，以实现具有特定结构的骨骼再生及恢复骨骼肌功能。 CCN1/CYR61（cellular communication network factor 1/cysteine-rich protein 61）是基质细胞蛋白CCN 家族中的一员，最初在血清刺激后的小鼠成纤维细胞中鉴定发现[5]。CCN1 是由生长因子诱导的即刻早期基因编码的富含半胱氨酸的分泌型基质蛋白，其相对分子质量为42 000，在骨骼、心脏、肝脏、肾脏、胰腺、肺和胚胎等多种组织中均有表达[6]。 研究表明，CCN1 在心血管发育炎症、 损伤修复和癌症进展中起着关键性作用， 它存在于细胞外基质中， 激活与细胞增殖、分化、衰老、凋亡、黏附及细胞外基质合成相关的信号途径。本文就CCN1/CYR61 在骨再生所涉及的各种生理活动中作用的研究进展作一综述。

1 CCN1 对骨再生相关细胞的调控

现有研究表明，CCN 家族的6 个成员在调节骨内微环境的常驻细胞及脊椎动物发育中的骨生成、软骨生成、血管生成等生理过程中，都有着重要作用，可影响骨组织的形成和重塑，增加骨量，维持新生骨组织的稳定性[7]。CCN1 在正常的成熟皮质骨和骨小梁中均有表达，且在骨衬里细胞、立方状的成骨细胞、 骨小梁和皮质骨内的骨细胞中， 均可见CCN1 的表达[4]。 在骨组织的整个修复阶段，尤其是在纤维组织和骨膜中， 以及在增殖的软骨细胞、成骨细胞和未成熟的骨细胞中，也可检测到CCN1 高水平的蛋白表达[8]。 在山羊骨折模型中，CCN1 蛋白的表达在骨折愈合的早期（2 周时）上调，并随着愈合时间的延长而降低，而骨折断端固定稳定性的降低会导致CCN1 蛋白表达下调及血管形成的减少，从而减缓愈合速度[9]。

1.1 CCN1 对成骨细胞的调控

CCN1 对成骨细胞的增殖、迁移、分化有促进作用，是骨形成中重要的信号分子。 Schutze 等[10]首次对人类基因hCCN1 的调控做出报道，在原代人成骨细胞和骨肉瘤细胞系中均可见CCN1 的表达，且1,25-（OH）2维生素 D3（1,25-（OH）2D3）、成纤维细胞生长因子、表皮生长因子、肿瘤坏死因子α、抑癌蛋白M 及促炎因子白细胞介素6、 白细胞介素1β 可上调CCN1 在成骨细胞中的表达[11]。hCYR61 可从成骨细胞中分泌至细胞外， 独立发挥信号肽的作用，可有效促进成骨细胞的增殖、迁移和分化[12]。

CCN1 是 Wnt/β-catenin 信号转导的直接靶标，同时，CCN1 也可以在其上游发挥作用，正向或负向调节Wnt 信号。 CCN1 在 Wnt3A 刺激的早期被上调，其在Wnt3A 诱导的早期成骨细胞分化中发挥重要作用[13]。 CCN1 也可通过 αvβ3/ILK/ERK 信号转导途径，上调BMP-2 的表达，促进成骨细胞的增殖、迁移及分化[14]。

1.2 CCN1 对软骨细胞的调控

CCN1 对胚胎软骨的正常生长、 分化及形态发生有重要作用，是软骨发育和体内稳态过程中促进软骨细胞成熟的重要调节剂。 CCN1 存在于软骨形成过程中的胚胎间充质层，促进软骨形成，且重组CCN1 蛋白可有效促进细胞与细胞间的聚集及软骨细胞的分化[15]。 CCN1 可作为 Wnt/β-Catenin 信号通路的下游靶标基因，促进其在原代胸骨软骨细胞及在软骨中的表达。在骨骼发育的后期阶段，CCN1 在生长板的肥大软骨中高表达，半月板/韧带损伤后也可观察到软骨中CCN1 表达的增加[9]。

1.3 CCN1 对破骨细胞的调控

CCN1 对破骨细胞有负向调控作用。 在CCN1骨特异性敲除小鼠中，可观察到破骨细胞的数量增加， 同时伴随着RANKL mRNA 表达的明显升高和OPG mRNA 表达的显著降低[4]。体外试验中，在破骨细胞与巨噬细胞内没有检测到CCN1 的表达，且CCN1 不影响成熟破骨细胞行使骨吸收的功能，然而，它会抑制破骨细胞的增殖与分化，且这种影响不依赖于 αvβ3 和 αvβ5 整联蛋白和 RANK 信号通路，其具体机制目前尚不清楚[16]。

1.4 CCN1 对间充质干细胞的调控

间充质干细胞的分化迁移是成骨生理过程中的重要环节，CCN1 可促进骨髓间充质干细胞的增殖、迁移和分化[17]。 CCN1 在体外也可促进人类扁桃体间充质干细胞向成骨细胞方向分化[18]。 然而其具体作用机制及其在体内环境下对间充质干细胞的调控有待进一步探究。

2 CCN1 对血管生成的作用

CCN1 是血管生成的重要调节剂， 在体外和体内均有促进血管生成的作用，可调节胎盘中的血管分叉和胚胎中的大血管完整性[19]。 血管的生成需经历一系列生物学过程，包括内皮细胞迁移、增殖、不成熟毛细血管的生成，血管内壁细胞的募集、基底膜的生成，最终形成具有功能的血管[20]。 CCN1 骨特异性敲除小鼠中，也可观察到血管数量的减少及血管内皮生长因子A 表达的降低[4]。

CCN1 作为促血管生成调节剂， 可在缺氧条件下启动转录。 CCN1 可以募集CD34+祖细胞并促进其增殖、迁移及分化，通过整合素 αvβ3、α6β1 受体促进人类微血管内皮细胞黏附、增殖、迁移、存活和血管生成，实现血管再生。CCN1 可通过与整合素受体αvβ3 结合调控血管生成因子的表达[17]，研究表明，血管生成因子也可促进成骨细胞表达CCN1，成骨细胞表达的CCN1 可诱导毛细血管萌发， 促进体内血管生成，促进骨折愈合。 由此可见，CCN1 可通过促进血管生成间接促进骨再生与骨愈合。

3 CCN1 在炎症反应过程中的作用

炎症是骨骼修复中的关键过程，炎症刺激可募集干细胞到损伤部位，刺激血管生成和成骨细胞分化，并参与骨骼再生的调控。 越来越多的证据表明，CCN1 参与炎症反应， 与多种自身免疫性疾病和慢性炎症疾病，如系统性红斑狼疮、Graves 眼病、银屑病、牛皮癣、类风湿性关节炎相关[20]。 然而，CCN1在骨生成炎症反应阶段所起的作用尚待进一步探究。

综上所述，CCN1 在骨组织愈合中，可通过对间充质干细胞、成骨细胞、破骨细胞和软骨细胞的调控，促进骨组织再生，同时，CCN1 有明显的促血管生成作用，这对骨组织愈合有重要意义。由于CCN1在骨组织形成的整个过程中发挥重要调控作用，明确其在骨组织再生机制中的作用对骨再生的预后具有重要意义，并有助于深入理解骨肿瘤、关节炎等骨组织相关疾病的病理机制。